Course Syllabus
Obiettivi
Il corso vuole fornire una panoramica sulle tecniche di rivelazione per particelle cariche, neutroni e fotoni di bassa energia (fino a 20 MeV circa) in uso in diversi campi della fisica sperimentale ed applicata.
Contenuti sintetici
Richiami di interazione radiazione–materia, radioattività e principi base di funzionamento dei rivelatori a gas, a semiconduttore e degli scintillatori. Proprietà generali dei rivelatori di radiazione ionizzante. Interazione dei neutroni con la materia e loro rivelazione. Spettroscopia alfa, beta e gamma. Processamento e formatura del segnale. Problemi di fondo e schermatura dei rivelatori
Programma esteso
Richiami sull’ interazione della radiazione con la materia e sulle sorgenti radioattive
Statistica di conteggio e propagazione degli errori. Ottimizzazione di conteggio, limiti di rivelabilità e statistica degli intervalli di tempo.
Proprietà generali dei rivelatori di radiazione ionizzante: spettri, curve di conteggio e plateau; efficienza; risoluzione energetica, spaziale e temporale; tempo morto.
Rivelatori a gas: camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger.
Rivelatori a scintillazione: sistema generale di rivelazione con scintillatori; proprietà generali degli scintillatori; scintillatori inorganici; scintillatori organici; scintillatori plastici. Fotodiodi e fotocelle, fotomoltiplicatori.
Considerazioni generali per la spettroscopia gamma con scintillatori. Funzioni di risposta.
Rivelatori a semiconduttore: germani, silici, altri rivelatori a stato solido
Bolometri
Interazione dei neutroni con la materia e loro rivelazione.
Processamento e formatura del segnale: Impedenze. Cavi coassiali. Formatura.
Strumentazione di elettronica nucleare: unità di base per studio della forma del segnale, conteggio, studi temporali. Analisi degli spettri con MCA
Problemi di fondo e schermatura dei rivelatori
Prerequisiti
I contenuti dei corsi di Fisica della Laurea, con particolare riguardo all’ elettromagnetismo nel vuoto e nei materiali, la relatività speciale, la struttura della materia ed elementi di fisica nucleare.
Modalità didattica
Insegnamento con ore frontali e attività di laboratorio:
- 18 lezioni da 1,5 ore svolte in modalità erogativa in presenza (DE) pari a 4 CFU
- 5 attività di laboratorio da 4 ore con strumentazione di elettronica nucleare, svolte in modalità interattiva in presenza (DI) pari a 2 CFU
Materiale didattico
G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 4th ed., Wiley & Sons
Le dispense (lucidi) del corso sono a disposizione degli studenti sulla pagina e-learning del corso.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale a domande aperte sugli argomenti svolti a lezione. Non sono previste prove in itinere
Si parte sempre da domande di ampio respiro per poi entrare nei dettagli di quanto appreso. Per ogni domanda generale l’ inquadramento iniziale della risposta dovra’ dimostrare la capacità di organizzare il discorso come per una lezione in aula. Durante l'esposizione potranno essere fatte domande più specifiche, di approfondimento o completamento.
Vengono sondate le seguenti capacità:
- di esporre le conoscenze acquisite in modo organico e chiaro, anche per un pubblico di studenti universitari non ancora formato sull' argomento,
- di correlare fra loro le nozioni apprese nell' ambito dei vari argomenti trattati durante il corso, mostrando padronanza della materia e l'uso del linguaggio scientifico corretto,
- di utilizzare le nozioni apprese per poter proporre approcci o strategie per risolvere situazioni sperimentali non discusse specificatamente a lezione
Durata tipica attorno all' ora
Siamo disponibili a svolgere la prova di esame in inglese per studenti Erasmus
Orario di ricevimento
Previo appuntamento col docente per telefono o via email
Sustainable Development Goals
Aims
The course is aimed at a review on the photon and particle detection techniques, up to energies around 20 MeV, in use in radiation measurements in different fields of experimental physics and applied physics.
Contents
Recalls on radiation-matter interactions, radioactivity, basic principles of gas and semiconductor detectors as well as scintillators. General properties of ionizing radiation detectors. Neutron interactions with matter and their detection. Alpha, beta and gamma spectroscopy. Signal shaping and processing. Background problems and detector shieldings
Detailed program
Brief recall of radiation interaction with matter and of radiation sources.
Counting statistics and error propagation. Optimization of counting experiments, limits of detectability and distribution of time intervals.
General properties of radiation detectors: spectra, counting curves and plateau; efficiency; energy, time and position resolution; dead time.
Gas detectors: ionization chambers, proportional counters, Geiger counters.
Scintillators: general approach of detection with scintillators, general characteristics of inorganic, organic, plastic scintillators. Photodiodes and photocells, photomultipliers.
General considerations on gamma radiation spectroscopy with scintillators. Response functions.
Semiconductor detectors: Ge, Si and other solid state detectors.
Bolometers.
Neutron interaction with matter and their detection.
Signal shaping and processing: device impedances, coaxial cables, shaping
Nuclear Electronics devices: basic units for signal shape processing, counting, timing studies.
Multichannel pulse analysis.
Background problems and detector shielding
Prerequisites
All the Physics topics encountered during the Undergraduate Physics Classes, in particular Electromagnetism, in vacuum and in matter, Special Relativity, Structure of Matter and Introduction to Nuclear Physics.
Teaching form
Teaching with face-to-face hours and laboratory activities:
- 18 lectures of 1.5 hours each carried out in face-to-face delivery mode (DE) amounting to 4 CFU
- 5 laboratory activities of 4 hours each with nuclear electronics instrumentation, carried out in interactive mode (DI) equal to 2 CFU
Textbook and teaching resource
G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 4th ed., Wiley & Sons
Slides of the lessons are available online.
Semester
First semester
Assessment method
Oral examination using open questions on the topics covered in class. There are no tests during the course
Starting from a very general and broad question the student is required to answer in a complete way with a clear and well organized exposition. This part allows to assess the candidate's ability to present complex topics in a clear way and her/his analysis and synthesis skills, together with a correct scientific language. During the speech, details will be asked.
The following skills will be tested:
- The ability to present the knowledge acquired in an organic and clear way, also to an audience of university students not yet trained in the subject,
- The ability to relate the concepts acquired to the various topics covered during the course, demonstrating mastery of the subject and the use of correct scientific language.
- The ability to use the concepts learnt to propose approaches or strategies to solve experimental situations not specifically discussed in the lecture.
The colloquium lasts typically 1 hour
Erasmus students may take the exam in English if they prefer.
Office hours
The rendez-vous must be agreed in advance with a phone call or by email
Sustainable Development Goals
Staff
-
Matteo Biassoni
-
Chiara Brofferio
